劉程旭，蔣元海，沈俊杰，劉洋，吳建鋒，溫兆龍，崔嘉銘

（嘉興學(xué)院，浙江 嘉興314001）

0 引言

PHC管樁相比于其他管樁優(yōu)勢明顯，如單樁承載能力高、沉樁質(zhì)量可靠、應(yīng)用范圍廣、具有間接經(jīng)濟效益等，在建設(shè)領(lǐng)域有廣泛地應(yīng)用。近年隨著國家促進環(huán)境保護、節(jié)能減排戰(zhàn)略的提出，不僅要求PHC管樁具有較好的品質(zhì)、強度，還對PHC管樁提出了更嚴(yán)格的節(jié)能環(huán)保要求[1]。

1 研究現(xiàn)狀

如今PHC管樁生產(chǎn)企業(yè)大多數(shù)通過90℃左右的蒸汽池進行常壓蒸汽養(yǎng)護，再用蒸壓釜在180℃、1 MPa的條件下進行高溫高壓二次養(yǎng)護?？墒?，此工藝存在一些問題，比如在常壓蒸汽養(yǎng)護的過程中，溫度變化過快會使PHC管樁的樁身產(chǎn)生裂縫，進而降低PHC管樁的強度[2]；蒸壓釜需要耗費大量資源，造成環(huán)境污染，不利于碳達峰和碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)；此外蒸壓釜需要的維護費用和投資成本較高[3]。

近年來，國內(nèi)外對PHC管樁的免蒸壓、免蒸養(yǎng)生產(chǎn)技術(shù)做了大量研究，與傳統(tǒng)高壓蒸養(yǎng)技術(shù)相比，免高壓蒸養(yǎng)生產(chǎn)技術(shù)能夠改善管樁混凝土的抗氯離子滲透性能、抗凍性能及抗錘擊性能[4]，有利于預(yù)應(yīng)力高強度混凝土管樁錘擊沉樁法的施工，同時，免高壓蒸養(yǎng)生產(chǎn)工藝還有利于降低制樁成本，促進環(huán)境保護和節(jié)約資源[5]。當(dāng)前，PHC管樁的免蒸養(yǎng)生產(chǎn)工藝主要以優(yōu)選原材料、優(yōu)化管樁混凝土配合比、采用先進的養(yǎng)護方式、加入減水劑和早強劑、摻入粉煤灰微珠或硅灰粉等摻合料為主。

1.1 優(yōu)選原材料及優(yōu)化混凝土配合比

謝烈金、王成啟等通過優(yōu)化超早強混凝土的配合比和優(yōu)選混凝土原材料，研制出了免蒸養(yǎng)PHC管樁的生產(chǎn)技術(shù)。研究人員選用硅酸鹽水泥，并摻入10%～30%?；郀t礦渣粉，加入480～550 kg/m3的膠凝材料和640～730 kg/m3細(xì)度模數(shù)為2.7的Ⅱ區(qū)中砂,以0.24～0.30做為水膠比，再摻入5.0 kg/m3左右的減水劑或早強劑配制管樁混凝土。將混凝土放入養(yǎng)護池下進行保溫養(yǎng)護，提升其早期強度。通過相關(guān)試驗，發(fā)現(xiàn)以此配合比配制的混凝土拌合物，其坍落度符合相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。此外，混凝土1 d抗壓強度即可達到脫模的強度要求，在齡期為5 d時，混凝土的抗壓強度已經(jīng)能夠滿足C80混凝土的出廠抗壓強度要求，在齡期達到28 d時，混凝土的抗壓強度已經(jīng)能夠達到90 MPa，反映出混凝土有良好的早期和后期強度，能夠達到PHC管樁的性能要求。此外，電通量和氯離子擴散系數(shù)的測試表明，使用該配合比混凝土具有較高的抗氯鹽侵蝕性能；通過抗凍性試驗，發(fā)現(xiàn)混凝土具有較好的抗凍性。

除此之外，趙鵬飛、廖國勝[6]等人使用優(yōu)選原材料、優(yōu)化混凝土配合比的手段，研究出了新型的PHC管樁全免生產(chǎn)工藝。即在參照管樁廠實際生產(chǎn)配合比的基礎(chǔ)上確定基準(zhǔn)配合比，分別研究了減水劑、膠凝材料用量、礦物摻合料、水膠比等參數(shù)對混凝土性能的影響。試驗表明，管樁混凝土的抗壓強度隨膠凝材料用量的增加先提升后降低，為了使管樁混凝土的強度保持在較高范圍之內(nèi)，加入490 kg/m3左右的膠凝材料最為合適，最高加入量不宜超過500 kg/m3。而在優(yōu)化配合比方面，摻入適量的礦渣粉比單純使用水泥更能促進混凝土抗壓強度的增長；在控制水膠比方面，水膠比增大降低了混凝土抗壓強度，但當(dāng)水膠比過小時，水膠比對混凝土抗壓強度的影響并不明顯；在砂率方面，當(dāng)砂率過大時，會導(dǎo)致混凝土的和易性不佳，降低混凝土的抗壓強度。

1.2 使用減水劑

張小富、趙利華團隊通過化學(xué)方法，采用高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計手段，研制了新型聚羧酸減水劑。通過加入新型聚羧酸減水劑后混凝土的性能實現(xiàn)了PHC管樁的雙免新工藝。該團隊利用制備的早強聚羧酸減水劑，配置水膠比為0.25、砂率為35%、減水劑摻量為2.3%的混凝土。通過對比相同摻量萘系減水劑的混凝土強度發(fā)展曲線，結(jié)果顯示，自然養(yǎng)護12 h可以滿足脫模強度要求；1 d齡期，管樁混凝土的抗壓強度超過60 MPa；7 d齡期，管樁混凝土的抗壓強度超過86 MPa；而摻入萘系減水劑的混凝土抗壓強度提升較為緩慢[7]。此外，該團隊還制備了效果更佳的超早強聚羧酸減水劑，并用其配置水膠比為0.25、減水劑摻量為0.41%、砂率為34%的混凝土。通過抗壓強度測定，發(fā)現(xiàn)超早強減水劑比早強型減水劑更有利于混凝土早期強度及后期強度的提升。研究成果表明，聚羧酸減水劑比萘系減水劑具有更好的效果，它能夠促進混凝土早期抗壓強度的發(fā)展，從而縮短混凝土的脫模時間；而同樣是聚羧酸減水劑，超早強型與早強型減水劑的效果還是有所區(qū)別的。因此，在不考慮經(jīng)濟條件的狀況下，摻入超早強聚羧酸減水劑更利于促進管樁混凝土強度的增長。

黃紅建[8]等人研究了早強型聚羧酸減水劑在不同溫度情況下對水泥凈漿流動度、混凝土坍落度、和易性等性能的影響，結(jié)果表明，聚羧酸減水劑的使用受溫度限制。因此不同季節(jié)需要對溫度進行測量，再考慮是否使用聚羧酸減水劑。

1.3 摻入礦物摻合料

趙世煜從摻合料的角度研究免蒸養(yǎng)PHC管樁的生產(chǎn)技術(shù)。趙世煜選用粉煤灰微珠、礦粉、硅灰粉這三種摻合料，分別研究了使用480 kg/m3和504 kg/m3的膠凝材料、內(nèi)摻不同摻量的5%、10%、15%三種摻合料（硅灰粉只研究摻量為5%的情況）、復(fù)摻等比例的兩者或三者摻合料配制的管樁混凝土的性能。實驗結(jié)果表明，超細(xì)礦粉與管樁混凝土的適應(yīng)性較差，超細(xì)礦粉和粉煤灰微珠復(fù)摻的新拌混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象。綜合比較上述各組試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)總膠凝材料用量為504 kg/m3并內(nèi)摻5%的粉煤灰微珠以及總膠凝材料用量為504 kg/m3并復(fù)摻1∶1∶1比例三種礦物摻合料兩組試塊的管樁混凝土抗壓強度滿足PHC管樁要求。

由此可見，單摻或復(fù)摻合適種類和比例的摻合料對PHC管樁混凝土強度的增長有利，但在摻入摻合料時，不僅要注意摻合料對混凝土強度的影響，還要關(guān)注摻合料與混凝土的適應(yīng)性問題，以利于混凝土的運輸、施工等。

2 未來研究方向

雖然已有諸多關(guān)于PHC管樁免蒸養(yǎng)的研究，但現(xiàn)有研究中大多通過優(yōu)化混凝土配合比、加入摻合料和減水劑來實現(xiàn)。其中聚羧酸減水劑使用廣泛，有研究通過復(fù)摻不同類型的減水劑來改進PHC管樁的免蒸養(yǎng)生產(chǎn)工藝，也有通過化學(xué)研究生產(chǎn)更高效的聚羧酸減水劑。深入研究高性能減水劑有助于PHC管樁免蒸養(yǎng)生產(chǎn)技術(shù)進一步提高，但研究新品種、更高效的減水劑需要的時間較久，難度較大。

PHC管樁可作為承重構(gòu)件，應(yīng)用于樁基礎(chǔ)的施工中。由于樁基礎(chǔ)長時間埋在地下，與地基相接觸，會受到地下水水汽、地表滲漏雨水等作用。因而對免蒸養(yǎng)PHC管樁的抗腐蝕性能、抗氯離子滲透性能、耐水性能等研究非常有價值。王成啟、周郁兵等人研究了高耐久性的免蒸養(yǎng)PHC管樁，取得了一定成果，但研究成果有限，可深入研究，以促進免蒸養(yǎng)PHC管樁性能的優(yōu)化。此外，PHC管樁對不同巖層適應(yīng)程度不同，PHC管樁的使用受到巖層類型的限制，其原因主要是在使用錘擊法施工時，樁頭容易開裂產(chǎn)生裂縫，提高免蒸養(yǎng)PHC管樁樁頭的抗擊打能力是未來的研究方向，對PHC管樁制作工藝的研究也很有必要[9]。

3 結(jié)語

免蒸養(yǎng)PHC管樁生產(chǎn)技術(shù)主要有優(yōu)化混凝土配合比、加入減水劑、摻入礦物摻合料等。但是研究還有一定局限性，如對于聚羧酸減水劑與PHC管樁混凝土適應(yīng)性方面研究成果較少。此外，利用摻合料生產(chǎn)免蒸養(yǎng)PHC管樁混凝土，需考慮摻合料與混凝土各成分之間的適應(yīng)性，此方面也有待研究。其次，在降低成本方面的研究成果較少。另外，PHC管樁在沉樁工程中樁頭常常發(fā)生斷裂現(xiàn)象，可深入研究更優(yōu)質(zhì)的免蒸養(yǎng)PHC管樁混凝土。